Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1979 года по МПК H02M3/155 

1

Изобретение относится к области электроники и может найти применение во вторичных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны стабилизированные преобразователи постоянного напрял ения в постоянное на транзисторах, регулируемые по принципу широтно-импульсной модуляции и имеющие ограничение выходного тока при перегрузке или коротком замыкании на выходе и 2.

Наиболее близким к изобретению техническим решением .является стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержаний по меньшей мере один транзисторный ключ, узел управления ключом, силовую цепь с трансформатором, одна из обмоток которого включена последовательно с ключом, а также цепь отрицательной обратной связи по величине выходного тока преобразователя, состоящую из последовательно соединенных датчика тока в силовой цепи ключа, компаратора и триггера, связанного с входом транзисторного ключа 2. Недостатком такого преобразователя является чрезмерное увеличение выходного тока в режиме короткого замыкания, что может привести к выходу из строя его компонентов. Это объясняется тем, что статическая ошибка контура ограничения

тока при уменьшении длительности импульсов в транзисторном ключе в режиме короткого замыкания на выходе преобразователя резко увеличивается вследствие временного запаздывания в указанном контуре, в часТности вследствие запаздывания отключения самого ключа. При длительном коротком замыкании, которое может слз читься при питании низковольтной распределенной нагрузки, тепловой перегрузке могут подвергаться диоды выпрямителя силовой части. Особо следует отметить блокирующий диод LC-фильтра однотактныхсхем преобразователей. В этом диоде при коротком замыкании на выходе преобразователя возрастает амплитуда импульсов тока и приближается к единице коэффициент заполнения импульсов тока. Поэтому в отдельных случаях необходима не только стабилизация выходного тока на уровне максимального тока нагрузки, нО И уйеньй1енйё тока короткого замыкания в два и более раза по сравнению с максимальным током нагрузки преобразователя.

Целью изобретения является повышение надежности стабилизированного преобразователя постоянного напряжения в режимах перегрузки или короткого замыкания на выходе. Это достигается тем, что предлагаемый преобразователь гня6л ен дополнительйой цепью положительной обратной связи по напряжению, образованной дополнительной обмоткой трансформатора, которая через выпрямитель и RC-фильтр соединена с одним из входов компаратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема описываемого преобразователя напряжения; на фиг. 2 - вариант выполнения сглаживающего фильтра силовой части преобразователя; на фиг. 3 - принципиальная схема отдельных узлов преобразователя; на фиг. 4 - семейство выходных вольт-амперных характеристик преобразователя.

Транзисторный ключ 1, на входе которого имеется узел 2 управления, включен в силовую цепь 3 стабилизированного преобразователя, питаемого входным напряжением . В силовую цепь 3 в качестве одного из ее элементов входит трансформатор 4, обмотка 5 которого включена последовательно с ключом 1. Цепь отрицательной обратной связи для ограничения выходного тока преобразователя состоит из последовательно соединенных резисторного датчика 6 тока в силовой цепи ключа 1, компаратора 7 сигнала датчика и триггера 8, переключаюш,его вход транзисторного ключа. Цепь положительной обратной связи образована дополнительной обмоткой 9 трансформатора 4, выпрямительным диодом 10, включенным в прямом направлении, и КС-фильтром 11, нагруженным на балластный резистор 12.

В силовую цепь 3 преобразователя в качестве обязательного узла входит сглаживающий фильтр 13. В однотактных схемах преобразователя фильтр 13 шунтируется блокирующим диодом 14. Компаратор 7 может быть выполнен на операционном усилителе 15 с резисторными делителями 16 и 17 на входах. Выход RC-фильтра 11 связан через ограничительный резистор 18 с резисторным делителем 16.

Триггер 8 может быть выполнен в виде аналога двухбазового диода на транзисторах 19 и 20, шунтирующего вход транзисторного ключа 1 (или выход узла 2 управления).

Преобразователь в режиме ограничения тока работает следующим образом.

Если мгновенный ток силовой цепи ключа 1 превысит допустимое значение, то на выходе компаратора 7 появляется сигнал, запускающий триггер 8. Последний непосредственно или через узел 2 управления отключает ключ 1. В случае перегрузки или короткого замыкания триггер 8 периодически срабатывает и отключает ключ 1 раньше, чем его отключит узел 2 управления. Триггер 8 периодически восстанавливается в исходное состояние от узла 2 управления,

например, при обесточивании входа ключа 1. Вольт-амперная характеристика преобразователя без вводимой положительной обратной связи имеет форму кривой а (см. фиг. 4).

При наличии положительной обратной связи эффективность ограничения тока повышается следующим образом.

Напряжение на выходе RC-фильтра 11 изменяется по тому же закону, что и напрял ;ение на выходе LC-фильтра 13, так как регулировочные характеристики обоих фильтров идентичны. При уменьшении напряжения t/H на нагрузке пропорционально уменьшается напрял ение на выходе RCфильтра 11 (или на резисторе 12), гальванически не связанного с нагрузкой. Это эквивалентно подаче сигнала выходного напряжения на инверсный вход компаратора 7. Чем меньше сопротивление нагрузки и выходное напряжение преобразователя, тем больше сигнал разбаланса на входах операционного усилителя 15 и эффективнее ограничение тока.

Подбором величины резистора 18 молшо добиться более точной стабилизации тока в режиме перегрузки и короткого замыкания (кривая б на фиг. 4) и еще более эффективного ограничения тока, необходимого для однотактных импульсных преобразователей (кривая в на фиг. 4). Тем самым повышается надежность стабилизированного преобразователя.

Формула изобретения

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения, содержащий по меньшей мере один транзисторный ключ, узел управления ключом, силовую цепь с трансформатором, одна из обмоток которого включена последовательно с ключом, а также цепь отрицательной обратной связи по величине выходного тока преобразователя, состоящую из последовательно соединенных датчика тока в силовой цепи ключа, компаратора и триггера, связанного с входом транзисторного ключа, отличающийся тем, что, с целёю повышения надежности, он снабжен дополнительной цепью положительной обратной связи по напряжению, образованной дополнительной обмоткой трансформатора, которая через выпрямитель и RC-фильтр соединена с одним из входов компаратора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3916282, кл. 321-2, 1975.

2.Патент США № 3873903, кл. 321-2, 1975.

Сриг.Г

(риг- 3

. 2